6 Prestazioni energetiche di una casa di terra

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Prestazioni energetiche di una casa di terra

6.1 Calcolo del Fabbisogno Energetico Invernale secondo UNI EN ISO 11300 e della classe energetica

secondo il D.M. 26/6/2009

Per il calcolo dei fabbisogni di energia primaria per l’impianto di climatizzazione invernale applichiamo la vigente normativa 11300/’08 parte II. Il fabbisogno termico invernale si articola nel calcolo del:

- Fabbisogno ideale di energia termica, riferito alla condizione di un ambiente interno riscaldato uniformemente e costantemente ad 20°C. (calcolo eseguito con TRNSYS)

- Fabbisogno effettivo per il riscaldamento, riferito al sottosistema di distribuzione, dunque all’inclusione delle perdite per emissione e per regolazione.

Il calcolo è stato effettuato nella situazione più svantaggiosa, in cui il riscaldamento sia attivo 24h su 24.

Superficie_utile= 175.16 m2 Superficie_disperdente= 727 m2;

Volume_lordo= 630.81 m3;

S_V=S_disperdente/V_lordo; 1.15

GG_inverno=982; zona climatica C

consumo_2sett_gennaio= 1565.23 [KWh] Potenza calcolata per le due settimane simulate,

secondo i dati climatici del luogo e le caratteristiche geometriche dell’edificio

GG_2sett_genn= 150.2 consumo_inverno_ideale=

GG_inverno/(GG_2sett_genn*consumo_2sett_genn)= 10233 KWh

Consumo normalizzato in funzione del rapporto tra i gradi giorno del periodo considerato e quelli relativi a tutta la stagione”di riscaldamento”

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il primo termine(0.92) si riferisce al prospetto 17 sui rendimenti di emissione, della norma UNI TS11300. L’edificio è dotato di radiatori su parete , per un carico medio annuo di 10W/m3, calcolato dividendo il Fabbisogno annuo di Energia Termica utile (Wh), per il tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione espresso in ore e per il volume lordo riscaldato del locale o della zona (m3). Il secondo termine (0.04) corrisponde alla riduzione da imporre sul rendimento dei sistemi di emissione, nel caso in cui la parete di supporto sia esterna e non isolata con U>0.8W/m2K

33.5 1 Tabella sui rendimenti di emissione124

rendimento_regolazione=0.93; solo zona con regolatore ON/OFF

i rendimenti di regolazione possono essere evinti dal prospetto 20 della norma UNI TS 11300-2. Nel caso studio siamo in presenza di una regolazione di zona con termostato on-off

124

2008, UNI TS 11300-2 “Prestazioni energetiche degli edifici. Parte2: Determinazione del Fabbisogno di Energia Primaria e dei Rendimenti per la Climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria”

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33.5 2 Tabella sui rendimenti di regolazione125

rendimento_distribuzione=0.99;

i rendimenti di distribuzione sono estrapolati dal prospetto 21° della norma UNI TS 11300. Il valore corrisponde agli edifici realizzati, (l’edificio oggetto di studio è stato recuperato e ristrutturato nel 2001)

33.5 3 Tabella sui rendimenti di distribuzione126

rendimento_generazione=0.90-0.01-0.01-0.01; F1=1.25, F2, F5

125

2008, UNI TS 11300-2 “Prestazioni energetiche degli edifici. Parte2: Determinazione del Fabbisogno di Energia Primaria e dei Rendimenti per la Climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria”

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i rendimenti di generazione fanno riferimento al prospetto 23c della norma UNI TS 11300. Il primo termine (0.9) fa riferimento al valore di base; il secondo (0.01) fa riferimento ad F1(rapporto tra la potenza del generatore installato e la potenza richiesta; il terzo (0.01) è riferito ad F2 (per generatori installati all’esterno, come nel caso della caldaia a gasolio dell’edificio considerato); il quarto (0.01) è riferito ad F5(tipologia di generatore monostadio).

33.5 4 Tabella sui rendimenti di regolazione127

rendimento_impianto=rendimento_emissione*rendimento_regolazione*rendimento_distribuzione*re ndimento_generazione;

consumo_inverno_reale=consumo_inverno_ideale/rendimento_impianto; 14516.9 KWh

6.1.1 Calcolo della classe energetica secondo il D.M. 26/6/2009: prestazione energetica invernale

I requisiti di prestazione energetica degli edifici sono espressi in funzione della zona climatica (individuata dal DPR 412/’93) e dal rapporto di forma dell’edificio S/V in cui:

- S [m2] : superficie disperdente dell’edificio riscaldato - V[m3]: volume lordo delle parti di edificio riscaldate

L’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale è l’EPi .

EPi < EPi limite

Dalla verifica di tale relazione possiamo dedurre la classe per la prestazione energetica invernale

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33.5 5 Tabella dei valori di EPi limite128

Se il Rapporto Superficie/Volume<=0.2 EP_SV=EP_SV_02; Se il Rapporto Superficie/Volume>=0.9 EP_SV=EP_SV_09;

La seconda opzione è il caso dell’edificio in esame poiché S/V corrisponde ad un valore di 1.1m2/m3

33.5 6 Epi limite CasaMancosu e requisiti minimi di trasmittanza termica delle strutture129

EP_SV_09=48+(68-48)/(1400-901)*(GG_inverno-901);

EP limite (2010) per il rapporto superficie/volume pari a 0.9

EP_SV=EP_SV_02+(EP_SV_09-EP_SV_02)/(0.9-0.2)*(S_V-0.2); 51.246 [KWh/m^2]

consumo_specifico_inverno=consumo_inverno_reale/S_utile; 82.878 KWh/m^2 (Superiore ai limiti

consentiti)

(la stagione di riscaldamento per il comune oggetto di studio è compresa tra il 15 Novembre e il 31 Marzo)

128

2011, “Guida Anit. La legislazione per il risparmio energetico e l’acustica degli edifici” ANIT –Associazione nazionale per l’isolamento termoacustico

129 _{ANIT “Ep}

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6.1.2 Calcolo della classe energetica secondo il D.M. 26/6/2009: prestazione energetica estiva

La valutazione dell’indice di prestazione energetica estiva si effettua con la verifica dell’Epe involucro130 [KWh/m2h]: rapporto tra l’energia termica richiesta dall’edificio per il

raffrescamento e la superficie calpestabile. In questo caso il rendimento dell’impianto non è considerato.

33.5 7 Tabella Epe involucro limite131

Un altro metodo per la valutazione del Fabbisogno energetico Estivo indicato dalle Linee

Guida Nazionali è basato su parametri qualitativi. Possiamo dedurre le qualità prestazionali dal

130

2009, D.M.26 Giugno2009 “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici” 131

2011, “Guida Anit. La legislazione per il risparmio energetico e l’acustica degli edifici” ANIT –Associazione nazionale per l’isolamento termoacustico

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calcolo dello sfasamento e dell’attenuazione seguendo le indicazioni della normativa UNI EN ISO 13786132

Per quanto riguarda l’elemento di parete opaca verticale di Casa Mancosu, (muratura in terra), dal calcolo eseguito secondo normativa risulta: S=16.32h e fa= 0.069 ovvero

- Prestazioni: Ottime (S>12 e fa<0,15)

- Qualità prestazionale: I (S>12 e fa<0,15)

- Classe Acustica: I (R’w= 56.19) –potere fonoisolante apparente-

- U=1.19 W/m2K (non rispetta i limiti di legge imposti dal D.M. 192/2005)

Ricordiamo che la trasmittanza della parete è calcolata secondo valori delle schede tecniche e delle analisi di laboratorio. La trasmittanza rilevata da un monitoraggio in situ è pari a 0,85 W/m2K133

- Massa Superficiale= 812 Kg/m2 (rispetta i limiti del DPR 59/2009 in cui Ms≥230Kg/m2)

33.5 8 Classificazione estiva secondo Linee Guida DM 26/09/2009

Spessore (s) [m] Conduttività termica (l) [W/mK]

Rsi AriaStrato laminare interno 1

1 Intonaco Argilla 0.025 0.730

2 Muratura Adobe 0.400 0.663

3 Intonaco Calce 0.025 0.700

Descrizione degli strati

Calore specifico (c) [J/KgK] Densità (ρ) [Kg/m3] 3 4 850 1600 1000 1842 850 1400 Profondità di penetrazione al periodo T (d) [m] ξ = s/d [-] Resistenza termica [m2k/w] 0.130 0.121 0.206 0.034 0.099 4.020 0.603 0.127 0.197 0.036

132 _{2001, UNI EN ISO 13786, “Prestazione termica dei componenti per l’edilizia. Caratteristiche termiche dinamiche.} Metodi di calcolo”

133

2010, DESOGUS.G.,“Prestazioni energetiche delle case tradizionali della Sardegna” Relazione al convegno nazionale “Terra cruda. Il Paesaggio Sostenibile” Roccamontempiano (CH). Organizzatore: “Associazione Nazionale Città della Terra Cruda” (www.terracruda.org/).

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Regime periodico stabilizzato T = 24 ore

Fattore di decremento (attenuazione) fd [-] 0.069

Ritardo fattore di decremento (sfasamento) φ [h] 16.32

Trasmittanza termica periodica |Yie| [W/m2K] 0.082

33.5 9 Calcolo delle caratteristiche termiche dinamiche134 Regime stazionario

Massa superficiale Ms [kg/m2] 812

Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 0.843

Trasmittanza U [W/m2K] 1.186

33.5 10 Indice del potere fonoisolante: Rw [dB]= 56.19

6.2 Calcolo della potenza necessaria ad un impianto di climatizzazione per una casa di terra

Dai paragrafi precedenti relativi al monitoraggio dell’edificio, alla sua simulazione in transitorio sino alla certificazione, si può desumere l’importanza nel calcolo delle condizioni climatiche costituite dalle variabili termoigrometriche (temperatura a bulbo secco, temperatura a bulbo umido) dell’aria esterna e dalle condizioni di soleggiamento135 e in particolare della verifica della loro attendibilità con l’analisi del loro andamento: qualche volta come accaduto, si possono riscontrare degli errori di misura come nel caso di un sensore esterno investito dalla radiazione solare diretta136. Nel calcolo degli impianti di condizionamento, l’esame delle condizioni esterne non occorre tanto per individuare un giorno tipo quanto per trovare l’insieme delle condizioni più gravose favorendo una più corretta e ampia risposta della potenza dell’impianto necessaria.

Le condizioni di progetto dell’aria esterna (temperatura a bulbo secco) sono determinate in funzione della temperatura esterna massima (riscontrata nel periodo di monitoraggio di circa 32°C) e dell’escursione termica giornaliera (riscontrata nel periodo di monitoraggio di circa 13°C); la temperatura dell’aria esterna è utilizzata ricavando un andamento standardizzato secondo la

relazione:

𝑇𝑎𝑒 ,𝑡= 𝑡𝑎𝑒 ,𝑚𝑎𝑥 − 𝑝(𝑡)Δ𝑡𝑎𝑒

134

2001, Secondo normativa UNI EN ISO 13786 “Prestazione termica dei componenti per l’edilizia. Caratteristiche termiche dianamiche. Metodi di calcolo”

135

BETTANINI E., BRUNELLO P.F., “Lezioni di impianti tecnici” vol.II, Cleup Editore 1993 136 _{fig. 30.5 3 parte quinta di questa tesi, pag 331}

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I valori p(t) utili a calcolare la tae in funzione delle ore del giorno sono valori tabellati. Per

una valutazione della potenza richiesta da un ipotetico impianto di raffrescamento, per l’edificio monitorato in estate in evoluzione libera, si è scelto di adottare il “metodo Carrier” (da Carrier

Corporation). Per poter applicare il metodo col quale il carico termico ( ) dell’ambiente

confinato dato dalla relazione:

dove

Qp,t= carico termico al tempo t [W]

Up= trasmittanza termica strutture murarie opache [W/m2K]

Sp= superficie delle strutture murarie opache [m2]

Dteq= differenze di temperature equivalenti [°C]

è necessario conoscere, in riferimento alle superfici opache, la massa frontale della struttura considerata (mf) e la rispettiva trasmittanza termica (Up).

Tra le superfici dell’involucro disperdenti (superfici verticali opache e trasparenti, superfici di copertura) il metodo non contempla le superfici relative ai solai contro terra: ciò può essere associato, oltre al fatto che al di sotto di una certa quota il terreno non risente dell’influenza del sole, ad una forma cautelativa in quanto il terreno si trova normalmente ad una temperatura inferiore rispetto alla temperatura dell’aria esterna. Questo potrebbe dunque essere un elemento vantaggioso che non deve rientrare nel calcolo della potenza dell’impianto estivo così come per il calcolo del carico termico invernale non sono contemplati gli apporti gratuiti provenienti dagli scambi radiativi e conduttivi.

Per le strutture trasparenti occorrerà conoscere i valori di trasmittanza (Uw) e i fattori di schermatura (Cc) e calcolare sia il carico termico per trasmissione, dato dalla relazione

𝑄𝑤 ,𝜏= 𝑆𝑤∗ 𝑈𝑤∗ (𝑇𝑎𝑒 − 𝑇𝑖)

dove

Qw,t= carico termico al tempo t [W]

Uw= trasmittanza termica strutture trasparenti [W/m2K]

Sw= superficie delle strutture trasparenti [m2]

𝑄𝑝, 𝜏 = 𝑈𝑝 ∗ 𝑆𝑝*(∆𝑡𝑒𝑞) Eq.n°55

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sia il carico termico con fattori di accumulo (fb), dato dalla relazione137:

𝑄𝑤,𝜏 = 𝑆𝑤 ∗ 𝑄𝑓∗ 𝑓𝑏

in cui:

𝑄_𝑓 = 𝐼_𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐶_𝑐∗ 𝑓_ℎ∗ 𝑆_𝑤 ∗ 𝑓_𝑤

dove:

Qw,t= carico termico al tempo t [W]

Sw= superficie delle strutture trasparenti [m2]

fb= fattore di accumulo. Valori tabellati dipendenti dalla massa media (Kg/m2) della struttura

considerata.

Qf= flusso termico trasmesso per irraggiamento [W]

Imax= intensità massima della radiazione trasmessa attraverso la superficie trasparente, in funzione

della latitudine, della stagione, dell’esposizione [Kcal/m2h] Cc= fattore di schermatura

fh= frazione soleggiata media giornaliera

fw= coefficiente relativo alla tipologia di telaio

Come detto in precedenza per la scelta dei fattori di accumulo da valori tabellati138è necessario calcolare il valore di massa media [Kg/m2]:

[𝑆𝑚𝑓 𝑑𝑖𝑠𝑝 𝑆𝑑𝑖𝑠𝑝 +1_{2 (𝑆}𝑚𝑓 𝑛𝑜𝑑𝑖𝑠𝑝 𝑆𝑑𝑖𝑠𝑝)]

𝑆𝑝

dove :

Smf disp= massa frontale relativa alle strutture disperdenti [Kg/m2]

Sdisp= superficie delle strutture disperdenti [m2]

137

BETTANINI E., BRUNELLO P.F., “Lezioni di impianti tecnici” vol.II, Cleup Editore 1993 138 _{come da nota da cui sopra}

Eq.n°57

Eq.n°58

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Smf nodisp= massa frontale relativa alle strutture non disperdenti [Kg/m2]

Snodisp= superficie delle strutture non disperdenti [m2]

Sp= superficie del pavimento [m2]

Noto il valore del carico termico per strutture opache e il valore del carico termico per strutture trasparenti siamo in grado di valutare la potenza richiesta dall’impianto per raffrescare l’ambiente.

Di seguito sono riportati i risultati del carico termico richiesto per un eventuale raffrescamento di CasaMancous e il calcolo relativo al locale di soggiorno di Casa Mancosu e l’analisi di calcolo relativa al locale di Soggiorno.

-50 50 150 250 350 450 550 650 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 P ot en ze W /m 2 ORE

Carico termico dovuto alle strutture disperdenti

Potenza S_Trasp_Piano Terra Potenza_S.Opaca_Piano terra Potenza S.Trasparente Piano Primo Potenza S.Opache Piano Primo Potenza S.Trasparente Soggiorno Potenze S. Opache Soggiorno Potenze S.Trasparente Camera Potenza S.Opache Camera

33.5 11 Potenza per raffrescamento richiesta da un ipotetico impianto di raffrescamento per l’edificio analizzato denominato Casa Mancosu

Il grafico di figura 33.5 11 mostra i risultati ottenuti dall’analisi di Casa Mancosu col metodo

Carrier. Lo studio è stato condotto, non tanto per fornire la potenza necessaria al raffrescamento

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richiesto viste le varie approssimazioni che affronta139, quanto per verificare il “peso” energetico delle pareti opache disperdenti. La potenza a carico della muratura in adobe è al di sotto dei 100 W/m2. Come potevamo aspettarci il valore elevato della massa frontale è il parametro che maggiormente influisce sulla formulazione di questo risultato. A richiedere maggior potenza sono le superfici trasparenti del piano terra che detengono una superficie vetrata doppia rispetto al piano primo.

33.5 12 Laboratorio della Terra presso Les Grands Ateliers di Villefontaine- Grenoble-140

139 _{Ci si riferisce ad esempio alla formulazione semplificata del delta t equivalente per le coperture, dove non si ha la} possibilità di formulare con esattezza il comportamento di una copertura ventilata

140

Ecole Nationale Supérieur d’Architecture de Grenoble (http://www.grenoble.archi.fr/ecole/grands-ateliers-isle-abeau.php)